Vorlesung. Optische Koordinatenmesstechnik. Dr. Uwe Nehse Mahr GmbH, Jena. November 2010

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1 Vorlesung Optische Koordinatenmesstechnik Dr. Uwe Nehse Mahr GmbH, Jena November 2010

2 Lernziele Kennenlernen der Bildstapelauswertung Erkennen des Einflusses des Benutzers auf das Messergebnis Verstehen der Qualitätskennzahlensysteme für Fokus und Kantenort Verstehenen eines neuartigen 3D Scan mit Kamerabasierten Sensoren Verstehen des Form Closed Loop zur Fertigung von Werkzeugen 2

3 Gliederung 1. Bildstapelauswertung in der optischen Koordinatenmesstechnik 2. Einflussgrößen aus das Messergebnis 3. Beleuchtungsoptimierung 4. Qualitätskennzahlensystem für den Fokus 5. Qualitätskennzahlensystem für den Kantenort 6. 3D Antastung DCS 7. Closed Loop in der Werkzeugfertigung 3

4 Was ist die Bildstapelauswertung? Quelle: Rönneberg, G. ; Weißmantel, H.: Topometrie mit Fokussuchenden Verfahren: Flexible Optische Elemente Reduzieren Den Messfehler. In: Sensor 97 Kongreßband III, 1997, S

5 Was sind die Einflussgrößen auf das Messergebnis? Quelle: Beetz, S.; Dissertationsthema: Beitrag zur Methode der Arbeitsplatz-integrierten Assistenz am Beispiel Formmesstechnik, Erlangen

6 Was ist die BRDF? 6

7 Wie wird die BRDF gemessen? 7

8 Wie ist das Model der Beleuchtungsoptimierung? 8

9 Was sind Kriterien zur Beleuchtungsoptimierung? 9

10 Wie werden mehrere Kriterien zusammengefasst? Quelle: Nehse, U.: Beleuchtungs- und Fokusregelungen für die objektivierte optische Präzisionsantastung in der Koordinatenmesstechnik, Diss.,2001 Quelle: WO 02 / A1 10

11 Wie sind die Fokusverfahren eingeteilt? Quelle: Töpfer, S.: Automatisierte Antastung für die hochauflösende Geometriemessung mit CCD-Bildsensoren, Technische Universität Ilmenau, Diss.,

12 Was ist ein Qualitätskennzahlensystem für den Fokus? 12

13 Was sind die Kriterien für QKZ für den Fokus? Quelle: Töpfer, S.: Automatisierte Antastung für die hochauflösende Geometriemessung mit CCD-Bildsensoren, Technische Universität Ilmenau, Diss.,

14 Was sind die Ergebnisse des QKZ-Systems? 14

15 Wie sind die Kantenortskriterien eingeteilt? Quelle: Kühn, O.: Ein Beitrag Zur Hochauflösenden Zweidimensionalen Geometriemessung mit CCD-Zeilensensoren, Technische Universität Ilmenau, Diss.,

16 Was sind die Kriterien für QKZ für den Kantenort? Quelle: WO 2008 /

17 Was ist die Axialschnittmessung eines Werkzeuges? 17

18 Was ist die Grundidee des DCS? Die Fokussierung und Messung der Schneiden erfolgen offline. Spannutenparameter wie Spiralsteigung und Spanwinkel sind für die Messung nicht mehr erforderlich. Die Fokussierung und Messung an den Einzelschneiden erfolgt mit bestehender Technologie. --> Aufnahme einer Bildsequenz über > Fokussierung und Messung erfolgt offline in der Bildsequenz --> Zeitgleich zur Auswertung wird die nächste Bildsequenz aufgenommen Durch den Wegfall der Positionierungen (Fokus) wird die Messzeit deutlich verkürzt. Die Anzahl der Einzelschneiden am Umfang hat keinen Einfluss auf die Messzeit. 18

19 Was ist das Prinzip des DCS? 2. Konturmessung Bild 5 5. Konturmessung Bild 9 8. Konturm X. Konturmessung Bild X Berechnung der nächsten Fokus- und Messfensterpositionen 6. Berechnung der nächsten Fokus- und Messfensterpositionen der und tionen - n - n - n X n + + n Seitenansicht 1. Aufnahme Bilsequenz bei Rotation über Bilsequenz mit Winkelzuordnung 1. Fokusierung über die komplette Bildsequenz ==>> Bild 5 4. Fokusierung in vorhandenen Bildern 1-n bis 1+n ==> Bild 9 7. Fokusierung in vorhandenen Bildern 9-n bis 9+n ==> Bild X kusierung in enen Bildern Neue Messposition wird berechnet und angefahren 19

20 Was ist der Unterschied zwischen den Messmethoden? Messung bisher Dynamischer Schneidenscann 20

21 Vorteile: Deutliche Verkürzung der Messzeiten Was sind die Vorteile des DCS? Spannutenparameter müssen nicht mehr gesetzt werden (vereinfacht die Programmierung) Automatisches Scannen unbekannter Werkzeuge wird möglich Messfensteransätze werden minimiert Positionierfehler der Messmaschine werden reduziert Risiken: Messgenauigkeit weil Problem Winkelauflösung Abbildung mit 10x Vergrößerung an kleinen Werkzeugen für DCS (speziell Formbohrer) 21

22 Wie sind die erreichten Ergebnisse? herkömmliches verfahren - Messfeld in mm: 0,16 x 0,5 - Messpositionen: 22 DCS - Messfeld in mm: 0,7 x 0,7 - Messpositionen: 6 Messung bisherige Methode bisherige Methode DCS mit Spannut einlernen ohne Spannut einlernen 50 /s 25 /s Referenzmarke messen 00:00:20 00:00:20 00:00:20 00:00:20 Einmessen Taumel 00:01:00 00:01:00 00:01:00 00:01:00 Schneidenmessung 1. Schneide 00:05:30 00:03:50 00:01:30 00:03:00 2. Schneide 00:03:50 00:03:50 Gesamtmesszeit: 00:10:40 00:09:00 00:02:50 00:04:20 22

23 Was ist der Closed Loop? Parameter von Standardwerkzeugen Offline Prüfplanung/ Fertigungsplanung CAD-Daten für Sonderformen Offline Planung NC Prüfprogramme + Messtechnologie 1. CAD basierte Prüfplanung 2. offline Planung 3. grafische Bedienung und Dokumentation mit unterschiedlichen Visualisierungsmöglichkeiten 4. Normgerechte Messung von Standardwerkzeugen durch Parameterprogramme Stellen (NC-Programm) Fertigung Schleifen Qualitätsregler Messen 1. Prozessintegrierte Messung 2. geringe Messunsicherheit der Messeinrichtung 3. kurze Taktzeiten 4. Zerstörungs- und abnutzungsfreie Messung 5. keine manuelle Einstellung von Parametern an den verwendeten Sensoren fertigungsgerechter Qualitätsregelkreis Online/Offline Visualisierung Visualisierung 1. Erstellung von angepassten Visualisierungen 2. Dokumentation für die Qualitätssicherung 3. Schnelle Ableitung von Schlussfolgerungen 4. Nutzung der Ampelfarben 23

24 Welche Arten des Closed Loop gibt es? Parameter Closed Loop Beschreibung der Abweichung der Parameter, wie Durchmesser, Winkel, Form Closed Loop Beschreibung der Abweichung der Soll- und Istform 24

25 Wie funktioniert der Form Closed Loop? 25

26 Was sind die erreichten Ergebnisse? Profile der Werkzeuggeometrie Toleranzband: +/- 3 µm 26

27 Zusammenfassung Der Bediener hat einen signifikaten Einfluss auf die Messunsicherheit des Messergebnisses Um eine geringere Messunsicherheit zu erreichen wird die Einstellung der Parameter der Bildverarbeitung automatisiert Die neue kombinierte 3D Konturverfolgung mit Bildverarbeitung erlaubt eine signifikante Beschleunigung der Messung Durch den Closed Loop ist eine hochgenaue Produktion von Werkzeugen möglich 27

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